JP4124462B2 - モータ／ジェネレータを有する減衰アクセサリ駆動システム - Google Patents

Description

本発明は概略的に、ジェンスタ（Gen-Star）と時々言われるモータ/ジェネレータのような、エンジン始動機能と発電機能の両方を実行する単一の装置を有する内燃機関のアクセサリベルト駆動システムに関する。特に、本発明は自動車のアプリケーションにおける、そのようなシステムに関する。特に、本発明はモータ/ジェネレータを有し、また減衰テンショナを有するベルト駆動システムの構成に関する。

内燃機関は通常、エンジンのクランクシャフトから動力を取出して、それを１以上のエンジン補機あるいはアクセサリに伝達するために動力伝達ベルト駆動システムを用いる。自動車のアプリケーションにおいて、これらのアクセサリはパワーステアリングポンプ、ウォータポンプ、空調機コンプレッサ、燃料ポンプ、およびオルタネータを含む。歴史的に、このようなエンジンは、自動車を動かす車輪を駆動するための駆動装置が取付けられるエンジン後部から突出したクランクシャフトにおいて主動力取出し点を有していた。アクセサリはクランクシャフトの前部に取付けられたプーリにより駆動される。各アクセサリはプーリを備える。全てのプーリは、これらに架け回された１以上の動力伝達ベルトを介して機械的に連結される。各動力伝達ベルトを緊張させるいくつかの方法が提供される。動力伝達ベルト、プーリ、およびベルト張力を達成する装置は、アクセサリベルト駆動システムを構成する。

以前のシステムは複数のＶベルトを有していた。通常、各ベルトは、ベルト毎に少なくとも１つのアクセサリつまりアイドラの位置の固定と手動調整によって緊張された。これらは中心固定型ベルト駆動（locked-center belt drives）と呼ばれる。これは、ベルトあるいは駆動装置の変化する状態を全体的に調整するためにプーリを自動的に移動させる構成がないからである。もし、ベルトが伸びる、さもなければ長くなるとすると、ベルトの張力は小さくなる。さらにベルト駆動システムの適切動作のために、ベルトの張力は最悪な場合の状態に順応させるのに十分大きくなければならない。このような最悪な場合の状態は温度、エンジン運転、あるいはアクセサリの動作の極限の結果でありうる。

自動車のエンジン室の容積をより小さくすることに興味がある。より小さいエンジン室を得るために、アクセサリベルト駆動システムを含むエンジンのさまざまな部品が小型化されてきている。これは、少なくとも一部において、使用されるベルトの数を減らすことにより達成されている。各ベルトが取り除かれ、これによりエンジンの前部から広がる層の数が除去されるにしたがって、ベルト駆動システムがエンジンの前部から広がる全距離が減少する。最終的に、これは種々のアプリケーションのために単一のサーペンタインベルトを使用させることになった。サーペンタインベルトは、前後の両方に連続して曲がって種々のプーリの周りを蛇行することにより名づけられる。ｖリブドあるいはマイクロＶ（ザ ゲイツ ラバー カンパニーの登録商標）ベルトはサーペンタイン・アプリケーションに最も適している。

ベルト張力に対する中心固定（locked-center）の適用の限度は、サーペンタイン・アプリケーションにおいて悪化する。したがって、現在のほとんどのサーペンタインベルト駆動装置はオートテンショナを有し、これによりベルト駆動システムの状態変化がより吸収される。基本形態において、オートテンショナは、エンジンのシリンダブロックに直接的あるいは間接的に取付けられる本体と、ベルト駆動システムの回転面においてベルトを押圧するプーリとを有する。可動部材は本体とプーリの間にあり、プーリを介してベルトに圧力を与えるために付勢される。圧力はベルトが架け回された距離を長くし、これによりベルトに張力を付与する。種々の技術と構成が付勢力を付与するために使用されてきた。一般に、スチールバネのような弾性部材が可動部材を直線あるいは回転移動させるために作用し、これによりプーリはベルトの面に向かう方向に移動せしめられ、ひいてはベルトの張力を増加させる。

これらの要素だけを備えたテンショナは、システムが静止状態にある（すなわち、プーリが回転していない）とき、ベルトの面にいくらか一定の力を付与する。時間、温度、あるいは製造の変化により生じる駆動システムの寸法の不安定性は、少なくとも弾性部材の直線性およびテンショナの配置の限界に対して、弾性部材の作用を通してかなり適切に吸収される。このように、ベルトが伸びたとしても、あるいはエンジンが熱くても冷たくても、システムが静止しているときには、ベルトの張力は比較的一定値を維持する。しかし、これらの要素だけを備えたテンショナは、システムの全ての運転状態に対してはベルトの適切な張力を維持しないかもしれない。

動作するベルト駆動システムは典型的に、クランクシャフトあるいはアクセサリの捩り振動、あるいは他の角加速度の影響により、不安定な状態の影響により、あるいは他の影響により振動する。クランクシャフトの捩り振動は、一部には、各シリンダとピストンのコンビネーションの燃焼サイクルによってクランクシャフトに伝達される明確な衝撃の結果として生じる。振動はベルトの振動につながる。これはひいては、テンショナの可動部分の振動につながる。運動量は、プーリがベルト面に作用し、ベルトに張力を付与する力を修正する可動部分に形成される。ベルトの張力の変化はベルト駆動システムにおける許容できない性能を引き起こす。一例において、ベルト駆動システムのベルトがスリップして、システムの効率あるいは動力伝達性能を過度に制限する、あるいはスリップや他のことによる大きな騒音のような、短期間の性能の問題が発生しうる。他の例において、許容できる短期間の性能を得るためにベルトに必要的に付与される張力の大きさは、ベルトあるいは１以上のアクセサリを含むシステムの１以上の構造の早期破損のような長期間の問題につながる。

これらの問題に適応して、テンショナの性能を改良するために、減衰装置がテンショナに設けられている。減衰されるテンショナは、テンショナの可動部分の動作が、瞬間の動作がベルトの張力を増加させる方向であるか、あるいはベルトの張力を減少させる方向であるかにおいて、ほぼ同じくらいに減衰される、対称減衰を有する。他のテンショナは非対称減衰を利用している。通常、このようなテンショナは、可動部分の減衰力が、テンショナがベルトの緊張方向に動くとき最小になり、そしてベルトの弛緩方向に動くとき最大になるように、減衰される。

非対称減衰に対するいくつかのアプローチは、本質的に受身である。可動部分の単一の移動方向は異なる減衰率を生じる。ひとつのアプローチにおいて、シューがレースの面に垂直とは異なる角度でレースに対して付勢される。その結果、シューとレースの一方向における相対移動により、シューがレースから上昇しようとする。これは、それらの境界面における圧力を減少させ、減衰を生じさせる摩擦を減少させ、これにより減衰を小さくする。図２に示されるように、他の方向はシューをレースに対して押し込み、減衰を増加させる。メックストロス（Meckstroth）等に付与された米国特許第５，４３９，４２０号明細書に記載された他のアプローチでは、減衰流体が、動作に応じてバルブにより異なるオリフィスを通って、テンショナの可動部分に導かれる。テンショナが緊張方向に動くとき、流体は比較的大きいオリフィス、すなわち流体の移動に対して小さな抵抗と小さな減衰を与える通路を通過する。弛緩方向では、流体は比較的小さいオリフィス、すなわちより大きな抵抗と大きな減衰を与える通路を通過する。

非対称テンショナ減衰に対する他のアプローチが積極的に行われ、‘４２０号特許明細書にも記載されていることがわかる。‘４２０号では、２つの積極的な非対称の実施形態が議論されている。１つにおいて、電気ソレノイドがブレーキシューを利用する。シューが利用されると、テンショナの動作は両方の方向で減衰される。加えて、ウェッジがシューと協働して、テンショナが動くときに利用される力を修正する。減衰はテンショナが弛緩方向に移動するとき増加し、テンショナが緊張方向に移動するとき減少する。他において、ソレノイドがピストンを利用し、これは流体の経路を修正して減衰を修正する。‘４２０号特許に記載された他のテンショナのアプローチは、２つの動作モードの間でテンショナを切り替えるためのロックファクタを含む、２つの積極非対称減衰テンショナと同様な、ソレノイドを利用することである。１つのモードにおいて、テンショナはオートテンショナとして作用する。他のモードにおいて、可動部分がロックされ、テンショナが固定中心型テンショナと同じ方法で作用させる。

‘４２０号特許は、急減速するときのアクセサリおよびアイドラ・プーリの回転する質量により発生する慣性力により生じる、許容できないベルト駆動システムの性能を解決する方向に向いている。ここに記載されるように、突然の回転減速がエンジンのクランクシャフトに発生したとき、「オルタネータの高回転慣性力は回転を維持し、駆動ベルトのスリップの結果として、オルタネータは（特別な駆動構成である）ベルトを弛緩させる方向にテンショナを引く」。

伝統的に、電気始動モータは、燃焼を起こしてエンジンを始動させるようにエンジンのクランクシャフトを回転させるために設けられる。始動モータはエンジンの後部付近に配置され、ギアトレインを介してクランクシャフトの後部に断続的に係合するように設けられる。

現在、自動車の重量を減らし、ボンネット下の部品の数を減らすことにより、消費を減らして燃費を向上させる圧力が増加している。これらの目標へのアプローチは始動モータの機能とオルタネータの機能を単一の装置、モータ/ジェネレータあるいはジェンスタに組み合わせることを含む。また燃費向上の目標は、ジェンスタが「アイドルストップ」と言われる特徴の使用を促進することである。この特徴はエンジンが通常アイドリングしているはずのときに停止することを許容し、自動車が動作を再始動しようとするときに回転することである。この特徴はアクセサリベルト駆動装置に要求される需要を実質的に増加させる。アプリケーションにおいて、モータ/ジェネレータはアクセサリベルト駆動装置を介してクランクシャフトに機械的な連結関係に配置される。モータ/ジェネレータおよび関連したベルト駆動システムはエンジンの前部に配置される傾向がある。しかし、これらのシステムをエンジンの後部を含む他の場所に配置することが予想される。

ジェンスタシステムの出現は、動力伝達ベルト駆動システムの設計者に実質的な新しい挑戦に直面させることである。これらの中で重要な挑戦は、実質的な負荷と回転の慣性力を与えるだけでなくアクセサリベルト装置に大きな駆動トルクを加える、この新しい装置を含むアクセサリベルト駆動装置によって、許容できる性能をもたらすテンショニングシステムを開発することである。さらに、それはこの大きな駆動トルクを断続的に与える。

単一のスタータモータあるいはモータ/ジェネレータのいずれかを組み入れたアクセサリベルト駆動装置を緊張させるためのアプローチであると言われるテンショニングシステムは、２つの日本特許に開示されている。１つは２０００年１１月１７日に第３，１２９，２６８号として発行された。もう１つは２０００年１１月２１日に第３，１９５，２８７号として発行された。これらの特許には、テンショナがなければモータ/ジェネレータがスタートモードにおいて最も緩むスパンになるベルトのスパンに対してオートテンショナを配置することが開示されている。このスパンは、ベルトが通常の運転方向に走行するときにベルトがモータ/ジェネレータ・プーリを通過する直後にベルトを受けるスパンに対応する。

開示されたテンショニングシステムは最適のものよりも低いことが示されている。それは、短期間および長期間でのよりよい性能とベルトの幅の減少との両方を得るために改良されうる。

したがって、いかなるアプリケーションにも使用される、短期間の性能と長期間の性能とベルトの幅の改良を提供するテンショニングシステムの必要性が残っている。

本発明は、短期間の性能と長期間の性能の組み合わせを改良し、またベルト選択を最適化する、アクセサリベルト駆動システムを提供することを目的とする。

本発明は、短期間および長期間の性能とベルト幅をさらに最適化することに関連して非対称テンショナを提供することを他の目的とする。

本発明の目的に応じて前述および他の目的を達成するために、ここに具体化そして幅広く説明されているように、モータ/ジェネレータを有するアクセサリ駆動システムが開示される。本発明は、クランクシャフトと、アクセサリと、モータ/ジェネレータと、ベルト駆動システムを有する改良された内燃機関である。ベルト駆動システムはクランクシャフト・プーリと、アクセサリ・プーリと、モータ/ジェネレータ・プーリと、ベルトテンショナと、クランクシャフト・プーリ、アクセサリ・プーリ、モータ/ジェネレータ・プーリ、ベルトテンショナ・プーリの回りに架け回された動力伝達ベルトとを有する。ベルトテンショナ・プーリは始動弛緩側のスパンにおいてベルトに接触する。これは動力伝達ベルトを緊張する方向に非対称的に付勢するテンショナにより改良される。

明細書に組み込まれて明細書の一部を構成し、対応する数字が対応する部分を示す添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理を説明するために役立つ。

アクセサリベルト駆動システム１０の好ましい実施形態が図１に示される。それはモータ/ジェネレータ１２、モータ/ジェネレータ・プーリ１４、テンショナ２６、テンショナ・プーリ２８、パワーステアリングポンプ・プーリ１８、ウォータポンプ・プーリ２０、空調コンプレッサ・プーリ２２、クランクシャフト・プーリ２４、アイドラ・プーリ１６、および動力伝達ベルト３０を含む。動力伝達ベルト３０の一部は、テンショナ２６が不明確になるので破断されている。

特定の幾何学的配置にある特定のアクセサリ・プーリが示されているが、本発明は、アプリケーションに応じて、サーペンタインおよびサーペンタインでない形状を含む、アクセサリおよび幾何学的配置の多数の、また多くの組み合わせに適用されることが理解される。示された形状はサーペンタインである。このように、動力伝達ベルトは通常Ｖリブドタイプである。しかし、本発明は全てのベルトタイプを含む構成に実施可能である。さらに図示例はまた、多重ベルトを有するアクセサリベルト駆動システムにおけるベルト/プーリの一面として見ることもできる。

「ベルト移動」と示した矢印は、発電および始動モードにおける通常の運転中のベルト移動の方向を示す。動力伝達ベルト３０が架け回された経路に沿う下流への移動は、ベルト移動と同じ方向への動きである。

モータ/ジェネレータ・プーリ１４およびクランクシャフト・プーリ２４でのトルクの方向はそれぞれ、プーリ１４および２４において「始動」および「発電」と記載された矢印により示されるように、アクセサリベルト駆動システム１０の動作モードによって反対になる。発電モードにおいて、クランクシャフト・プーリ２４は全ての駆動トルクを供給する。空調コンプレッサ・プーリ２２、ウォータポンプ・プーリ２０、パワーステアリングポンプ・プーリ１８、およびモータ/ジェネレータ・プーリ１４は、アイドラ・プーリ１６およびテンショナ・プーリ２８による少量の消費を伴って駆動トルクを消費する。アイドラ・プーリ１６の存在を除いて、クランクシャフト・プーリ２４とモータ/ジェネレータ・プーリ１４の間にあるスパンは、このモードにおいて最小の張力が生じるスパンであることが分かる。これは発電弛緩側スパンＡ／Ｂである。

始動モードにおいて、モータ/ジェネレータ・プーリ１４は全ての駆動トルクを供給する。クランクシャフト・プーリ２４、空調コンプレッサ・プーリ２２、ウォータポンプ・プーリ２０、およびパワーステアリングポンプ・プーリ１８は、アイドラ・プーリ１６とテンショナ・プーリ２８による少量の消費を伴って駆動トルクを消費する。アイドラ・プーリ１６の存在を除いて、モータ/ジェネレータ・プーリ１４とパワーステアリングポンプ・プーリ１８の間にあるスパンは、このモードにおいて最小の張力を生じることが分かる。これは始動弛緩側スパンＣ／Ｄである。

一般に、また動作のモードに関係なく、各プーリが自由に回転することができるとすると、各スパンの張力は同じになり、静的張力となる。静的張力は、全てのプーリの周りに移動せしめられる動力伝達ベルト３０の間隔を伸ばそうとする、テンショナ・プーリ２８を介したテンショナ２６によって、動力伝達ベルト３０に付与される力の結果である。これは、初めにシステムが、所定の位置に配置されてシステムに張力を付与するテンショナを組み込まれたときの、取付け設定張力に対応する。しかし、アクセサリベルト駆動システム１０が動作するときのように、トルクがアクセサリベルト駆動システム１０の種々のプーリにより供給され、あるいは消費されるとき、各スパンの張力は修正される。

通常の、すなわち発電モードでは、クランクシャフト・プーリ２４および発電緊張側スパンＧはそれぞれ、駆動トルクを供給し、大きな張力のスパンである。発電緊張側スパンＧの上流の各スパンでは、動力伝達ベルト３０の張力は、そのスパンのすぐ前のプーリで消費する各トルクの効果によって減少される。モータ/ジェネレータ・プーリ１４は、ほとんどの場合、最大の負荷を与える。したがって、負荷による張力の最も大きな違いは、始動弛緩側スパンＣ／Ｄから発電弛緩側スパンＡ／Ｂへ移行するときに通常起こる。

従来のアクセサリＶリブドベルト駆動システムでは、基本設計で考えられているものは、１）ベルト幅（一般的にリブの数により示される）と、供給および消費されると予想されるトルクに関連したタイプ選択、そして２）ベルトあるいはシステムの要素に対して寿命を許容される期間よりも短くする点までストレスを与えるよりも低く、かつ許容されないスリップが生じるよりも高い、静的張力の選択である。さらに、ベルトタイプと幅の選択は有用なベルト寿命に影響する。また、これらの二つの基本設計思想には相互作用がある。

アクセサリベルト駆動システム設計者の普遍の目標はコストと複雑さの点において、これらの思想の両方を最適化することである。最適化は当業者に知られている多くの幾何学および重要なパラメータの取り扱いによって達成される。これらの中には、それぞれ存在する慣性あるいは他のトルクに基づいた駆動および被駆動プーリの配置がある。

モータ/ジェネレータを含む駆動システムは、新しい、かつ困難な限界を示し、そして今まで実用的な最適化を示唆されてきた。困難さの原因は、駆動トルクを供給し、最大の負荷と慣性トルクを示すプーリが動作モードによって異なるという事実にある。さらに、従来の駆動システムにおいて通常発生するものよりも大きな慣性トルク負荷が存在する。

始動モードにおいて、モータ/ジェネレータ１２は駆動トルクを供給する。発電弛緩側スパンＡ／Ｂは最大張力のスパンである。発電モードと違って、クランクシャフト・プーリ２４は最大負荷を示す。同様に、負荷のために、最大張力の差異は発電弛緩側スパンＡ／Ｂと発電緊張側スパンＧの間である。理解されるように、発電モードにおいて最適化するレイアウトは始動モードにおける最適化するレイアウトと実質的に異なる。

図示された好ましい実施形態のレイアウトは従来技術に示される。示されていないものはテンショナ２６に適用されたある減衰要素により達成されうる最適化である。いくつかの減衰機構の効果の定量的な解析が実行された。リブのタイプおよび数によってベルト３０を含み、同じ順序に配置された、全ての要素が同じである図１に類似したレイアウトが解析された。３つの異なったテンショナの特性がそのレイアウトに適用された。ひとつのテンショナに減衰を含まなかった。ひとつは２０％の減衰率で対称的に減衰された。３番目は、ベルトの緩む方向において８０％の減衰率で、そしてベルトの張る方向において３０％の減衰率で非対称的に減衰された。減衰率は始動および発電モードの両方で同様であった。すべてのアクセサリ負荷と加速/減速負荷が３つのテンショナ特性のそれぞれに対して考慮され、一貫して使用された。結果は、図９の取付け張力と、図１０のモータ/ジェネレータにより要求されるフル荷重での発電モードにおける張力と、図１１の始動モードにおける張力とに対して求められた。

始動のとき、モータ/ジェネレータはクランクを駆動するトルクを供給する。スパンＢおよびスパンＡにおけるベルト張力は高く、その他のスパンにおける張力は比較的低いであろう。張られたスパンＢおよびＡと緩いスパンＧ、Ｆ、Ｅ、ＤおよびＣとにおける差異は有効張力である。張られたスパンにおける張力は、これらの２つのスパンにおいてベルトを伸ばすことになる。ベルトの余分な部分は始動弛緩側スパンＣ／Ｄに蓄積し、これはテンショナ・プーリ２８をベルト３０に向かって移動させる。テンショナ２６の特性は減衰を含み、プーリへの付勢が小さくなり、これにより、スパンＣ／Ｄにおける張力が減衰のために小さくなるであろう。システム１０のスリップ閾値解析から、ベルトスリップを生じることなく始動トルクを伝達させ、かつ動作するベルト駆動システムに生じると予想される全ての状況において満足に動作させるために、緊張側スパンＢと弛緩側スパンＣに要求される張力が図１１に示される。

図１０はフル荷重発生動作での発電モードにおける、各スパンに見られる張力を示す。この動作において、スパンの張力は各減衰のレベルに対してすべて同じである。なお、モータ/ジェネレータにおける張力の低下はスパンＣとスパンＢ（それぞれ６７２Ｎと１１５Ｎ）の間における差異であり、すなわち５５７Ｎの低下である。

図９は、示された減衰特性を有するテンショナ２６に対して、十分に機能するためにシステム１０に要求される取付け張力を示す。非減衰特性を有するテンショナ２６によるシステム１０に要求される取付け張力は６７９Ｎ、対称的減衰特性を有するテンショナ２６の場合は６３１Ｎ、そして非対称的減衰特性を有するテンショナ２６の場合は５１３Ｎである。

これらの定量的な解析から、テンショナ２６への減衰力の付加がテンショナ２６によってセットされるために初期に要求される張力の大きさを十分に減少させることがわかる。これは、システム１０の全ての他のパラメータが一定であれば、ベルト１０と全ての他の要素の寿命を改良することを意味する。他の例として、ベルトシステムの設計者は、システム１０の種々の要素を修正するためにテンショナの減衰特性を利用することを選択し、ベルト１０あるいは他の要素のコストを低減させることができる。

第１の好ましい実施形態において、テンショナ２６は、テンショナ・プーリ２８と、テンショナアーム３２と、座金３４と、第１ピボットブッシュ３６と、減衰レース４８を有するテンショナベース３８と、第１バネタング５６および第２バネタング５８を有するバネ５０と、減衰シュー４６、減衰シュー壁５４およびタング受部６０を有する減衰インサート５２と、第２ピボットブッシュ４０と、減衰シュー当接面６２を有するピボット軸４２と、端部キャップ４４とを備える。テンショナ２６の部品の組立て関係は図２より明らかである。しかし、さらに詳述すると、バネ５０はテンショナベース３８の中に、第１バネタング５６を取付けて嵌合される（図示せず）。第２バネタング５８は減衰インサート５２のタング受部６０の中に係合する。テンショナアーム３２はピボット軸４２に対して固定関係を有する。テンショナベース３８に対してテンショナアーム３２が回転すると、減衰シュー壁５４に当接する減衰シュー当接面６２を回転させるピボット軸４２の回転により、ねじりがバネ５０に伝えられる。これにより、減衰インサート５２の回転が生じ、これはタング受部６０と第２バネタング５８の連結部分においてバネ５０に作用する。ピボット軸４２の中心からの減衰シュー壁５４と減衰シュー当接面６２との間の距離は、減衰シュー４６と減衰レース４８の境界面で生じる減衰力の対称性の主な要因である。この距離が大きいほど、減衰力の非対称性は大きくなる。説明されたように、上述した定量的な解析のひとつにおいて、テンショナ２６は緩む方向に８０％の減衰率を有し、締まる方向に３０％の減衰率を有する。

図２に示された構成において、動力伝達ベルト３０の条件によって許容されるとき、バネ５０は緩む。そして、テンショナアーム３２によって支持されるテンショナ・プーリ２８は、図１に示された時計回りで緊張方向に、ピボット軸４２の周りに回転する。バネ５０と減衰シュー当接面６２との組合わせは、減衰シュー４６を減衰レース４８に対して押圧させる。同時に、減衰シュー壁５４に対する減衰シュー当接面６２の幾何学的関係との組み合わせによる時計回りの移動は、減衰シュー４６を減衰レース４８に対して時計回りに移動させ、減衰摩擦力を発生させる。減衰摩擦力はテンショナ・プーリ２８が動力伝達ベルト３０に付与する付勢力から引き算される。しかし、減衰シュー当接面６２の時計回りの移動と減衰シュー壁５４に対する関係は、レース４８に対するシュー４６の係合力を小さくする。このようにして、テンショナ・プーリ２８が緊張方向に回転するとき減衰摩擦力は小さくなる。

動力伝達ベルト３０の状態がバネ５０により与えられる力に打ち勝つことによりテンショナ・プーリ２８を弛緩方向に回転させるとき、時計回りの移動と減衰シュー当接面６２の減衰シュー壁５４に対する関係は、レース４８に対するシュー４６の係合力を増加させる。こうして減衰摩擦力は、テンショナ・プーリ２８が弛緩方向に回転するとき増加する。減衰摩擦力は、テンショナ・プーリ２８が動力伝達ベルト３０に付与する付勢力に加わる。したがって、テンショナ２６は非対称的に付勢され、減衰される。

他の好ましい実施形態は図３および４に示される。テンショナ１２６は、メインピボット１４０と減衰ピボット１４２と減衰アーム１４４と減衰シュー１４６と減衰レース１４８と付勢バネ１５０とラチェット歯１５２と爪１５４と爪ピボット１５６とプランジャ１５８とソレノイド１６０と導線１６２を有する。テンショナ・プーリ２８と減衰レース１４８とラチェット歯１５２と付勢バネ１５０とメインピボット１４０はテンショナフレーム１６４により支持される。この実施形態において、付勢バネ１５０は鋼製のコイルである。弾性体あるいは流体部材を含む他の弾性部材が用いられることもできる。付勢バネ１５０はテンショナ・プーリ２８を付勢するために作用する。発電モードにおいて、ラチェット１５８とラチェット歯１５２は図示されているように係合されない。

動力伝達ベルトの状態によって許容されるとき、バネ１５０は、付勢バネ１５０によって開放される距離を長くする。これにより、テンショナフレーム１６４によって支持されるテンショナ・プーリ２８は、メインピボット１４０の周りに、図４に示された時計回りおよび緊張方向に回転する。付勢バネ１５０は減衰アーム１４４を付勢し、減衰シュー１４６を減衰レース１４８に対して押圧する。同時に、減衰ピボットに対するメインピボットの幾何学的関係による時計回りの移動により、減衰レース１４８を減衰シュー１４６の下で時計回りに移動させ、これは減衰摩擦力を発生する。減衰摩擦力はテンショナ・プーリ２８が動力伝達ベルト３０に付与する付勢力から引かれる。しかし、時計回りの移動とピボット１４０、１４２の関係により、レース１４８に対するシュー１４６の係合力は小さくなる。このように、テンショナ・プーリ２８が緊張方向に回転するとき、減衰摩擦力は小さくなる。

動力伝達ベルト３０の状態が付勢バネ１５９により与えられる力に打ち勝つことによってテンションナ・プーリ２８を弛緩方向に回転させるとき、時計回りの移動とメインおよび減衰ピボット１４０、１４２の関係は、レース１４８に対するシュー１４６の係合力を増加させる。こうして減衰摩擦力は、テンショナ・プーリ２８が弛緩方向に回転するとき増加する。減衰摩擦力は、テンショナ・プーリ２８が動力伝達ベルト３０に付与する付勢力に加わる。ラチェット歯１５２と爪１５４と爪ピボット１５６とプランジャ１５８とソレノイド１６０と導線１６２を除いて、テンショナ１２６は非対称減衰テンショナである。要素の付加は費用がかかり、複雑さを生じるが、テンショナ１２６による初期取付け張力の形態で、システム１０の付加的な最適化を可能にする。

アクセサリベルト駆動システム１０が発電モードにおいて稼動されるとき、モードサンセ６６（図８）は発電モードの存在を感知する。モードサンセは、モータ/ジェネータ１２が電力を受けてアクセサリベルト駆動システム１０を駆動するときはいつでも操作される、別の電気スイッチあるいはリレーであってもよく、また、自動車の始動スイッチの一部であってもよい。モードサンセ６６は通常、モータ/ジェネレータのコントローラの中に見られる。モードサンセ６６により生成される信号は信号処理部６８に送られる。信号処理部６８は信号を処理してアクチュエータ７０で利用できるようにする種々の電気回路であってもよい。信号経路の要素および関連した要素と、モードサンセ６６と、信号処理部６８とアクチュエータ７０は、当業者により知られている。好ましい実施形態のアクチュエータ７０はプランジャ１５８と導線１６２を有するソレノイド１６０を備える。好ましい実施形態は電気的な信号とセンサとプロセッサとアクチュエータを用いることを意図しているが、機械的、液体、および気体の信号とセンサとプロセッサとアクチュエータも使用可能である。

ソレノイドへの信号は導線１６２を介して伝達される。ソレノイド１６０はプランジャ１５８を上昇させることによって信号に反応し、これは爪１５４がラチェット歯１５２に係合する点まで爪１５４を爪ピボットの回りに回転させる。このようにロック機構が構成されるとき、テンショナ・プーリ２８は緊張方向ではラチェットできるが、弛緩方向での移動では、拘束あるいはロックされる。

ラチェット１５４の歯１５２との係合はテンショナ１２６を保持し、これは、アクセサリベルト駆動システム１０が発電モードに定められる前にあった経路に動力伝達ベルト３０を拘束する。したがって、アクセサリベルト駆動システム１０の張力はモードが切り替えられたとき実質的に減少しない。重要なことは、これは、過度に悩んでいる短期間の性能なしに、今まで利用可能であって構成により許容されたものよりも低い、付勢バネ１５０とテンショナ１２６の全体構成のバネ係数を介して、静的張力の選択を許容することである。

モードが発電から始動へ切り替わるとき、アクチュエータ７０は休止し、これにより爪１５４がラチェット歯１５４から外れるのを許容し、テンショナ１２６が上述された始動モードに戻るのを許容する。

アクチュエータ７０の起動はモードサンセ６６からの入力あるいは信号処理部６８にある付加的なパラメータに厳密に基づいてもよい。例えば、モードセンサ６６がモードが切り替わったことを示した後の設定時間の間にアクチュエータ７０が起動されたままであるように、時間遅れが信号処理部６８の動作の中に組み入れられてもよい。さらに、利点は、モードサンセ６６がモードスイッチに信号を送るときに関係なく、設定時間の後にアクチュエータ７０を休止させることにある。さらに、モードサンセ６６はモードにおける切り替えを決定するために、エンジン回転数、エンジンマニホルド圧力、クランクシャフト・プーリ２４のトルク、あるいはモータ/ジェネレータ・プーリ１４のトルクを検知してもよい。

他の好ましい実施形態が図５に示される。この実施形態は、取付け板２２８と減衰モジュール２３０とメインピボット２４０と可動部材２６４を有する他のテンショナ２２６を除いて、先の実施形態と同じである。減衰モジュール２３０は図６にさらに詳しく示されている。減衰モジュール２３０はシリンダ２３２とピストン２３４とバイパス管２３６と磁気コイル２３８と連結ロッド２４２と連結ピン２４４とボディ２４６とコンダクタ２６２を有する。シリンダ２３２とバイパス管２３６はレオロジ流体２３３で満たされる。この実施形態において、レオロジ流体２３３は本質的に磁気レオロジである。

テンショナ２２６は、バネ定数を有し、緊張方向つまり反時計回りに可動部材２６４を付勢する弾性部材（図示なし）を有する。弾性部材はトーションバネ、渦巻きバネ、あるいは他のトルク発生弾性部材のひとつを有してもよい。さらに、それはトルクを発生するためのリニア弾性部材によって作用するレバーアームを含んでもよい。メインピボット２４０の周りの可動部材２６４の移動は、連結ロッド２４２に機械的に伝達される。連結ロッド２４２の移動により、ピストン２３４はシリンダ２３２の中で移動し、これにより、レオロジ流体２３３はピストン２３４の一端におけるシリンダ２３２からバイパス管２３６を介してピストン２３４の他端におけるシリンダ２３２まで移送させられる。これにより、レオロジ流体２３３は磁気コイル２３８の中心を通過する。コンダクタ２６２を介して磁気コイル２３８を励磁することにより、磁気レオロジ流体２３３に磁界を付与し、これにより磁気レオロジ流体２３３の粘性を増加させる。

磁気コイル２３８が励磁されないとき、レオロジ流体２３３は比較的少ない抵抗で、バイパス管２３６を通過する。このようにテンショナ２２６の移動は比較的減衰力がない。しかし、コイル２３８が励磁されると、結果として生じるレオロジ流体の粘性の増加はバイパス管２３６を介してレオロジ流体２３３の流動の抵抗を生じる。レオロジ流体に付与される磁界の強さと結果として生じる粘性との間には直接的な関係がある。バイパス管２３６に選択される寸法と形状に応じて、減衰力がテンショナ２２６の位置を本質的にロックする点まで上昇する。

図８に示された信号経路はこの実施形態にも適用する。この実施形態は、減衰力がテンショナ２２６に対してどのように、いつ、どの程度まで付与されるかについて、付加的な柔軟性を許容する。モードサンセ６６の選択および信号処理部６８内のロジックの処理は、テンショナ２２６の減衰の微調整を許容する。例えば、アクセサリベルト駆動システム１０のモードが発電に切り替わると直ぐに、減衰力は、非常に高いが、テンショナ２２６の位置を固定するのに必要なものよりも低いレベルに選択される。したがってテンショナ２２６は、弛緩方向におけるわずかな緩みによってモード変化に反応することを許容される。短い期間の後に、減衰力は増加し、アクセサリベルト駆動システム１０が始動モードにある間、テンショナ２２６を新しい位置にロックする。さらに、モードサンセ６６はテンショナ２２６の動作あるいは位置を監視することができる。この情報は、信号処理部６８によって処理され、テンショナ２２６を知的に減衰あるいはロックして、アクセサリベルト駆動システム１０の揺動あるいは振動を調節し、前述した好ましい実施形態のラチェット効果に似る。

レオロジ流体２３３は本質的に電気レオロジでもよい。このような場合、静電プレート（図示なし）が磁気コイル２３８に置き換えられる。概略的な作用および関係は同じである。さらに、ラチェット歯１５２と爪１５４とプランジャ１５８とソレノイド１６０と導線１６２を備える上述した第１の好ましい実施形態のラチェット構成は、歯１５２を可動部材２６４に固定し、他の部分を静止状態に固定することによりテンショナ２２６に組込むことができる。

図７は減衰モジュール２３０に特徴のある他の実施形態を示す。ここで、油圧液２５６はレオロジ流体２３３に置き換えられる。したがって、磁気コイル２３８とバイパス管２３６とコンダクタ２６２は無い。この実施形態において、テンショナ２２６がベルトの緊張方向に移動するとき、油圧液２５６はシリンダ２３２の低い部分から主通路２５４の中へ、チェックボール２４８を通り、シリンダ２３２の高い部分へ移動させられる。主通路２５４は比較的大きいので、作用の緊張方向は小さい減衰力しか示さない。テンショナ２２６が弛緩方向に動くとき、油圧液２５６はシリンダ２３２の高い部分から副通路２５０の中へ、主通路２５４の低い部分へ、そしてシリンダ２３２の低い部分へ移動させられる。副通路２５０は比較的小さい。したがって、実質的な減衰力がテンショナ２２６の作用の方向に生じる。制御ピストン２５２は実質的に後退して示される。図２に示されたのと同様なアクチュエータが含まれるとき、制御ピストン２５２は選択的に伸びるか、あるいは収縮される。ここでの作用の記載は制御ピストン２５２が完全に後退するとしている。もし制御ピストン２５２が完全に伸びたら、テンショナ２２６は最小減衰力で緊張方向に移動することができる。しかし、副通路２５０は抵抗し、テンショナ２２６が弛緩方向への動きに対してロックされる。

図４に示されたのと類似した追加的な実施形態が示される。図示された鋸歯の構成とは反対に、ラチェット歯１５２と爪１５４の係合歯がそれぞれ、まっすぐな歯の形態に置き換えられる。動作は、緊張方向と弛緩方向の両方においてテンショナ２２６をロックする。ラチェットは使用できなくなる。さらにこれらの全ての歯は対応するブレーキ面に置き換えることができる。これは、ロック点まで減衰させることなくテンショナ２２６によって付与される減衰力にわたって大きく制御することを許容する。

減衰力は、プーリ/ベルト面において、弾性部材により与えられる力と結合し、修正された付勢力を示す。この修正は、減衰力が対称的である場合でも非対称的な付勢力を示す。これは、供給された減衰力を弾性部材に加算あるいは減算することによって得られる付勢力の結果である付勢レベルのためである。さらに、減衰力、ラチェットあるいはロックのような、ベルトに最終的に与えられる付勢レベルを修正する、テンショナの付勢部材やバネにより得られる付勢に付加される力あるいは抵抗が、方向反転抵抗である、ということができる。

記載された実施形態に見られる本発明は長期間および短時間の性能の重要な最適化を達成し、一方、同時に、実質的にコストと複雑性を最小にする。

本発明の記載と図示された実施形態は、図面に示され、また種々な修正と代替的な実施形態において詳細に記載された。しかし、本発明の記載は例示に過ぎず、また本発明の範囲は従来技術の点において解釈されるものとして、特許請求の範囲にのみ限定されるべきであることが理解できる。さらに、ここに説明的に開示された本発明は、ここに明確に開示されていない要素がなくても適切に実施される。

モータ/ジェネレータを有するアクセサリベルト駆動システム構成の好ましい実施形態の代表的な図を示す。 モータ/ジェネレータを有する好ましいアクセサリベルト駆動システム構成の一部を形成するテンショナの拡大図である。 モータ/ジェネレータを有するアクセサリベルト駆動システム構成の他の好ましい実施形態の代表的な図を示す。 モータ/ジェネレータを有する他の好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を形成する他のテンショナの詳細である。 モータ/ジェネレータを有するアクセサリベルト駆動システム構成の他の好ましい実施形態の代表的な図を示す。 モータ/ジェネレータを有する他の好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を形成する他のテンショナの詳細である。 モータ/ジェネレータを有する他の好ましいアクセサリベルト駆動システムの一部を形成する他のテンショナの詳細である。 制御信号の経路のブロック図である。 組み込まれたテンショナの減衰により影響されるアクセサリベルト駆動システムの各スパンでの取付け張力のグラフを示す。 組み込まれたテンショナの減衰により影響されるアクセサリベルト駆動システムの各スパンでのフル荷重の発電モードのテンションのグラフを示す。 組み込まれたテンショナの減衰により影響されるアクセサリベルト駆動システムの各スパンでの始動モードのテンションのグラフを示す。

Claims (3)

1. クランクシャフトと、アクセサリと、モータ／ジェネレータと、クランクシャフト・プーリ、アクセサリ・プーリ、モータ／ジェネレータ・プーリ、ベルトテンショナ、ベルトテンショナ・プーリ、および動力伝達ベルトを含むベルト駆動システムとを有し、前記動力伝達ベルトが前記クランクシャフト・プーリ、前記アクセサリ・プーリ、前記モータ/ジェネレータ・プーリ、および前記ベルトテンショナ・プーリの回りに架け回され、前記ベルトテンショナ・プーリが始動弛緩側スパンにおいて前記ベルトに接触する改良された内燃機関であって、
   前記テンショナが、前記動力伝達ベルトが緊張する方向に非対称的に付勢され、
   前記非対称的な付勢が、前記テンショナと前記テンショナ・プーリに作用する外力がバネ付勢力に打ち勝つのに必要なものよりも小さく、これにより前記テンショナ・プーリをベルト張力増加方向に移動させるとき、バネ付勢力によって付与されるだけのレベルにおける付勢と、前記テンショナと前記テンショナ・プーリに作用する外力が前記バネ付勢力に打ち勝つのに必要なものよりも大きく、これにより前記テンショナ・プーリをベルト張力減少方向に移動させるとき、バネ付勢力と方向反転抵抗とから生じる付勢とであり、
   前記方向反転抵抗は、前記モータ/ジェネレータ・プーリに機械的に連結するモータジェネレータが始動モードであるとき相対的に大きく、前記モータジェネレータが発電モードであるとき相対的に小さい
   内燃機関。
2. 前記テンショナが、前記方向反転抵抗を受け、前記モータ/ジェネレータが始動モードで作用するときはベルト張力減少方向における移動に抗してロックされ、前記モータ/ジェネレータが発電モードで作用するときはベルト張力減少方向における移動にロックされない
   請求項１の内燃機関。
3. クランクシャフト・プーリと、アクセサリ・プーリと、モータ／ジェネレータ・プーリと、ベルトテンショナと、ベルトテンショナ・プーリと、前記クランクシャフト・プーリ、前記アクセサリ・プーリ、前記モータ/ジェネレータ・プーリ、および前記ベルトテンショナ・プーリの回りに架け回された動力伝達ベルトとを含み、前記ベルトテンショナ・プーリが始動弛緩側スパンにおいて前記ベルトに接触する、改良されたベルト駆動システムであって、
   前記テンショナが、前記動力伝達ベルトが緊張する方向に非対称的に付勢され、
   前記非対称的な付勢が、前記テンショナと前記テンショナ・プーリに作用する外力がバネ付勢力に打ち勝つのに必要なものよりも小さく、これにより前記テンショナ・プーリをベルト張力増加方向に移動させるとき、バネ付勢力によって付与されるだけのレベルにおける付勢と、前記テンショナと前記テンショナ・プーリに作用する外力が前記バネ付勢力に打ち勝つのに必要なものよりも大きく、これにより前記テンショナ・プーリをベルト張力減少方向に移動させるとき、バネ付勢力と方向反転抵抗とから生じる付勢とであり、
   前記方向反転抵抗は、前記モータ/ジェネレータ・プーリに機械的に連結するモータジェネレータが始動モードであるとき相対的に大きく、前記モータジェネレータが発電モードであるとき相対的に小さい
   ベルト駆動システム。

Images